система для приготовления жидкой пищи способом центрифугирования

Формула изобретения

1. Система для приготовления жидкой пищи из пищевого продукта, содержащая устройство и сменный контейнер, в котором вода проходит через содержащий в нем продукт, головку для впрыскивания воды в сменный контейнер, держатель контейнера в устройстве, средства для приведения сменного контейнера во вращение, средства для перфорирования, которые расположены относительно сменного контейнера таким образом, чтобы открывать выпускные отверстия на периферии сменного контейнера, при этом сменный контейнер содержит перфорируемую выпускающую мембрану, в которой вышеуказанные средства перфорирования выполнены таким образом, чтобы они входили в контакт с мембраной для ее перфорирования и для формирования с помощью перфорированной мембраны фильтрующих средств с целью удерживания твердых частиц в сменном контейнере, и для формирования отверстий в мембране, обеспечивающих выход жидкости из сменного контейнера в процессе центрифугирования.

2. Система по п.1, в которой сменный контейнер не имеет фильтра внутри своего объема для предотвращения выхода твердых частиц из сменного контейнера.

3. Система по п.п.1 или 2, в которой фильтрующие средства сформированы с помощью отверстий, расположенных между перфорирующими средствами и краями отверстий, выполненных в мембране.

4. Система по любому из п.п.1, 2, в которой устройство содержит вращающуюся пластину, а перфорирующие средства содержат множество острых выступов, которые выступают из поверхности вращающейся пластины в сменном контейнере, когда сменный контейнер вставлен в устройство.

5. Система по п.4, в которой каждый отдельный выступ имеет секцию, которая постепенно заостряется от большего основания к, по меньшей мере, одному или более перфорирующих наконечников выступа, при этом выступ содержит, по меньшей мере, две режущие поверхности, ограниченные с помощью, по меньшей мере, одной краевой линии.

6. Система по любому из п.п.1, 2, в которой устройство содержит, по меньшей мере, десять острых выступов или большее их количество, которые распределяются поперек периферийной области мембраны, когда сменный контейнер вставлен в устройство.

7. Система по любому из пп.1, 2, в которой перфорирующие средства содержат острые выступы, подходящие для формирования отдельных отверстий в мембране, имеющих поперечное сечение, являющееся большим, чем поперечное сечение вышеуказанных выступов в основании отверстий, когда выступы входят в контакт с мембраной при выполнении перфорации.

8. Система по п.7, в которой каждый отдельный перфорирующий выступ имеет в поперечном сечении, по меньшей мере, одну вогнутую линию.

9. Система по п.8, в которой каждый отдельный перфорирующий выступ имеет, по существу, треугольную и/или трапециевидную режущие поверхности.

10. Система по любому из п.п.1, 2, в которой клапан ограничения потока размещается ниже по ходу относительно перфорирующих средств.

11. Система по п.10, в которой клапан ограничения потока выполнен с возможностью открывания в результате давления, создаваемого жидкостью, выходящей из сменного контейнера в результате центрифугирования.

12. Система по п.11, в которой клапан ограничения потока содержит круглое закрывающее кольцо.

13. Система по п.12, в которой круглое кольцо формируется на вращающейся покрывающей пластине.

14. Система по п.12, в которой круглое кольцо формируется на сменном контейнере.

15. Система по любому из п.п.1, 2, в которой между перфорирующими элементами и клапанным устройством обеспечиваются каналы.

16. Устройство для приготовления жидкой пищи, используемое для приготовления жидкой пищи из пищевого продукта, содержащегося в удаляемом сменном контейнере, вставляемом в устройство, за счет прохождения воды через продукт, содержащийся в сменном контейнере, при этом вышеуказанное устройство содержит головку (29) для впрыскивания воды, используемую для впрыскивания воды в сменный контейнер, и держатель (34) сменного контейнера для удерживания контейнера в устройстве, средства (40, 42) для приведения сменного контейнера в центробежное вращение, средства (53, 53а, 53b) для перфорирования, которые расположены относительно сменного контейнера в устройстве таким образом, чтобы открывать выпускные отверстия на периферии сменного контейнера, при этом вышеуказанные средства (53) перфорирования содержат перфорирующие элементы (53а, 53b), имеющие различные высоты (h1, h2).

17. Устройство по п.16, в котором перфорирующие средства (53) содержат первую матрицу из первых перфорирующих элементов (53а) и вторую матрицу вторых перфорирующих элементов (53b).

18. Устройство по п.17, в котором первая матрица перфорирующих элементов (53а) и вторая матрица перфорирующих элементов (53b) смещены одна относительно другой в радиальном направлении.

19. Устройство по п.п.17 или 18, в котором первые и вторые перфорирующие элементы (53а, 53b) выступают из верхней поверхности (54) вращающейся части (49) головки в периферийной области вышеуказанной части (49).

20. Устройство по любому из п.п.17, 18, в котором вышеуказанная часть (49) выполнена из первой самой дальней внутренней части (49а) и второй самой внешней части (49b), при этом вышеуказанная самая дальняя внутренняя часть (49а) содержит перфорирующие средства (53), а самая внешняя часть содержит кольцеобразное закрывающее кольцо (83), являющееся нагруженным пружинным элементом.

21. Устройство по любому из п.п.17, 18, в котором перфорирующие элементы (53а, 53b) являются усеченными конусами или пирамидами.

22. Способ для приготовления пищевой жидкости из пищевого продукта, помещенного в сменный контейнер одноразового использования, за счет прохождения жидкости через продукт, содержащий:

- приведение сменного контейнера в центробежное вращение при одновременном введении жидкости в центральную часть сменного контейнера,

- прохождение жидкости через продукт за счет эффекта центрифугирования, чтобы образовать центрифугированную жидкую пищу,

- выдача центрифугированной жидкой пищи из сменного контейнера,

- использование перфорируемой мембраны сменного контейнера, перфорирование которой осуществляется перфорирующими средствами, причем осуществляется поддерживание перфорирующих элементов в состоянии контакта с мембраной при ее перфорировании во время процесса центрифугирования, чтобы избирательно фильтровать центрифугированную жидкость, выходящую из сменного контейнера, от твердых частиц, содержащихся в контейнере.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к системе со сменным контейнером и способу для приготовления жидкой пищи из пищевого продукта, помещенного в резервуар, с помощью прохождения воды через продукт, используя центробежные силы.

Известно, что для разделения напитка, представляющего собой смесь заваренного кофе и кофейного порошка, используются центробежные силы. Такая смесь получается при добавлении горячей воды к кофейному порошку на заданный период времени. Затем вода принудительно пропускается через экран, на котором оседает порошкообразный материал.

Существующие системы используют процедуру помещения кофейного порошка в резервуар, который обычно является неудаляемой частью машины, например такой, которая описана в ЕР 0367 600 В 1. Такие устройства имеют множество недостатков. Во-первых, кофейный порошок должен быть надлежащим образом дозирован вручную при помещении его в резервуар. Во-вторых, отходы кофе, подвергшегося процессу центрифугирования, становятся сухими и должны удаляться за счет выскабливания поверхности резервуара. В результате приготовление кофе требует большого количества ручных операций и поэтому занимает много времени. Обычно свежесть кофе также может значительно изменяться и это может негативно отразиться на качестве кофе, поскольку кофе обычно поступает из большой упаковки, или кофе перемалывается из зерен в самом резервуаре.

Кроме того, в зависимости от ручного дозирования кофе и условий его заваривания (например, скорость центрифугирования, размер резервуара) качество кофе может значительно изменяться.

По этой причине эти системы никогда не достигали значительного коммерческого успеха.

В заявке на патент Германии DE 102005007852 машина содержит удаляемый держатель, в котором размещается открытая часть резервуара, имеющая форму чашки;

другая часть или крышка прикрепляется к приводной оси машины. Однако недостатком такой конструкции является интенсивное оперирование, производимое вручную. Другим недостатком является трудность при контроле качества кофе в связи с недостаточным контролем при дозировании порошка и недостаточным контролем свежести кофейного порошка.

Другие устройства для заваривания кофе с использованием центробежных сил описываются в документах: WO 2006/112691, FR 2624364, ЕР 0367600, GB 2253336, FR 2686007, ЕР 0749713, DE 4240429, ЕР 0651963, FR 2726988, DE 4439252, ЕР 0367600, FR 2132310, FR 2513106, FR 2487661, DE 3529053, FR 2535597, WO 2007/041954, DE 3529204, DE 3719962, FR 2685186, DE 3241606 и US-A-4545296.

Однако эффект от использования центробежных сил для заваривания кофе или приготовления других пищевых продуктов представляет много преимуществ по сравнению с обычными способами заваривания, использующими нагнетательные насосы. Например, при способах заваривания кофе типа «espresso» очень трудно овладеть контролем всех параметров, которые влияют на качество извлечения экстракта из произведенного кофе. Этими параметрами обычно являются давление, расход потока, который уменьшается вместе с давлением, уплотнение кофейного порошка, которое также оказывает влияние на характеристики потока, при этом параметры также зависят от величины размолотой частицы кофе, температуры, распределения потока воды и т.д.

Поэтому существует необходимость для предложения новой системы со сменным контейнером и способа, который адаптирован к нему, и для которого параметры извлечения экстракта могут быть лучше и могут управляться более независимо, чтобы контролировать качество выдаваемого жидкого продукта.

В то же самое время существует необходимость для способа приготовления жидкого продукта, который является более удобным по сравнению с используемым при существующем уровне техники центробежным устройством для приготовления кофе, в частности такое решение, которое не требует преодоление препятствия в виде удаления остатков кофе из резервуара для центрифугирования.

Поэтому настоящее изобретение относится к системе приготовления жидкой пищи для приготовления жидкой пищи из пищевого продукта, содержащей устройство и удаляемый контейнер, вставляемый в устройство, с помощью воды, проходящей через продукт в сменном контейнере. Система также содержит головку для впрыскивания воды, используемую для впрыскивания воды в сменный контейнер, и держатель контейнера, для удерживания контейнера в устройстве, средства для приведения сменного контейнера в центробежное вращение, элементы для перфорирования, которые расположены относительно сменного контейнера в устройстве таким образом, чтобы открывать выпускные отверстия на периферии сменного контейнера, сменный контейнер содержит перфорируемую выпускающую мембрану, при этом средства перфорирования подобраны таким образом, чтобы они вводились в контакт с мембраной с ее перфорированием для формирования с помощью перфорированной мембраны фильтрующих средств с целью удерживания твердых частиц в сменном контейнере, и отверстий в мембране, чтобы позволить жидкости в процессе центрифугирования выйти из сменного контейнера.

Изобретение также относится к способу приготовления жидкой пищи из пищевого продукта, содержащегося в одноразовом сменном контейнере, за счет прохождения жидкости через пищевой продукт, при этом способ содержит:

- приведение сменного контейнера в центробежное вращение, в то время как жидкость вводится в центральную часть сменного контейнера,

прохождение жидкости через пищевой продукт за счет эффекта центрифугирования, чтобы образовать центрифугированную жидкую пищу,

- выдача центрифугированной жидкой пищи из сменного контейнера.

При этом способ содержит мембрану сменного контейнера, перфорируемую за счет перфорирующих средств, поддерживание перфорирующих элементов в состоянии контакта с перфорированием мембраны во время процесса центрифугирования, чтобы избирательно фильтровать центрифугированную жидкость, выходящую из сменного контейнера, от твердых частиц, содержащихся в сменном контейнере.

Термин «твердые частицы» означает твердые частицы продукта, содержащиеся в сменном контейнере, которые, по существу, нерастворимы в жидкости, и/или являются частично или полностью истощенными от их растворимых соединений, или полностью растворимые, но все еще находящиеся в твердом состоянии в сменном контейнере перед окончанием приготовления напитка.

Согласно неожиданному эффекту изобретения, сменный контейнер может не иметь фильтра, размещенного внутри его внутреннего объема, для предотвращения выхода твердых частиц из сменного контейнера.

Поэтому фильтрующие средства могут быть сформированы с помощью отверстий, обеспеченных между перфорирующим элементом в состоянии контакта с мембраной при ее перфорировании и краями перфорированных отверстий, обеспеченных в мембране.

Благодаря эффекту центрифугирования твердые частицы, остающиеся в сменном контейнере, могут формировать компактную массу из твердых частиц в периферической части сменного контейнера, благодаря этому позволяя избежать значительного количества потерянных частиц при прохождении через отверстия, созданные в мембране. Кроме того, размер частиц может быть контролируемым, чтобы гарантировать значительный фильтрующий эффект на границе раздела между перфорирующими средствами и мембраной.

Согласно другому аспекту, устройство содержит вращающуюся пластину, а перфорирующие средства содержат множество, предпочтительно острых, выступающих частей, которые выступают из поверхности вращающейся покрывающей пластины в сменном контейнере, когда сменный контейнер вставляется в устройство.

Если более точно, то каждый отдельный выступ имеет секцию, которая постепенно заостряется от большего по площади основания, по меньшей мере, к одному или более перфорирующих наконечников выступа, при этом выступ содержит, по меньшей мере, две режущие поверхности, ограниченные с помощью, по меньшей мере, одной краевой линии. Этот профиль выступа гарантирует как надежную перфорацию мембраны, так и контроль размера отверстий. В частности, управляемый разрыв мембраны может произойти на краевой линии, тем самым формируя отверстие с повторяемым размером.

Количество выступов должно быть достаточным, чтобы осуществить целостный поток напитка из сменного контейнера. Если более точно, то устройство содержит, по меньшей мере, десять острых выступов или большее их количество, причем выступы распределяются вдоль периферийной области мембраны, когда сменный контейнер вставляется в устройство. Если более точно, то количество выступов находится между 10 и 100, более предпочтительно, между 20 и 50.

Перфорирующие средства могут содержать острые выступы, подходящие для формирования отдельных отверстий в мембране, имеющих поперечное сечение, которое является большим, чем поперечное сечение вышеуказанных выступов у основания отверстий, когда выступы находятся в контакте с мембраной при выполнении перфорации. Если более подробно, то каждый отдельный выступ для перфорации имеет более широкое поперечное сечение, формируя, по меньшей мере, одну вогнутую линию на поперечном виде с разрезом профиля. Таким образом, это гарантирует, что по меньшей мере, одно отверстие, которое может быть определено между выступами и мембраной, может быть получено как результат перфорации, выполненной через мембрану. В предпочтительном способе каждый отдельный перфорирующий выступ имеет, по существу, треугольную и/или трапециевидную режущую поверхности. В одном способе перфорирующий элемент имеет две вершины, сформированные из треугольной и трапециевидной поверхностей, соединенных между собой от основания по краевым линиям.

Каждый отдельный перфорирующий выступ имеет, предпочтительно, многоугольное поперечное сечение, по меньшей мере, с двумя сегментами, пересекающимися в направлении вовнутрь многоугольника (т.е. следовательно, двух сегментов, формирующих вогнутую линию). Например, поперечное сечение может иметь сходство с буквой, выбранной из следующего списка букв: С, М, S, Т, V, X, W, Y, , Z, или из их комбинаций. Конечно, возможны и другие различные формы, которые позволяют обеспечить формирование вогнутой линии, как определено выше, таким образом, чтобы в мембране обеспечивалось отверстие большего размера, чем сечение выступа, позволяющее, по меньшей мере, чтобы было оставлено одно отверстие для выпускаемой жидкости.

В другом аспекте системы производства напитков клапан ограничения потока может быть размещен ниже по ходу относительно перфорирующих средств. Предпочтительно, чтобы клапан ограничения потока открывался в результате давления, оказываемого выходящей из сменного контейнера жидкостью в результате центрифугирования. Таким образом, клапан ограничения потока дает возможность поддерживать в сменном контейнере минимальный уровень давления за счет того, что жидкость под воздействием давления принудительно поднимается выше по ходу относительно клапана. Благодаря клапану жидкость, подвергшаяся процессу центрифугирования, дольше находится в контакте с пищевыми ингредиентами, и качество экстрагирования может быть значительно улучшено. Клапан также дает возможность регулировать расход потока выпускаемой жидкости за счет выбора скорости вращения приводных средств.

Кроме того, клапан ограничения потока может содержать кольцеобразное, предпочтительно непрерывное кольцо, используемое для герметизации давления в сменном контейнере.

В одном возможном способе круговое кольцо формируется на вращающейся покрывающей пластине. Периферийный край сменного контейнера может формировать аналогичный фланцу обод, на котором круговое кольцо обеспечивает герметизацию давления.

В другом способе круговое кольцо формируется на сменном контейнере. В частности, сменный контейнер содержит аналогичный фланцу обод с кольцевым выступом, формируя, по меньшей мере, один герметизирующий барьер клапанного устройства. Кольцевой выступ может иметь перевернутую U-образную или V-образную форму, выступающую из практически плоского кольцеобразного обода. Кольцевой выступ, предпочтительно, имеет толщину, составляющую величину между 0.3 и 3.0 мм, наиболее предпочтительно, находится между 0.45 и 1 мм. В более специфическом неограничивающем способе выступ формируется с помощью выпуклости в аналогичном фланцу ободе, т.е. кольцевое углубление на нижней стороне аналогичного фланцу обода и кольцевой выступ на верхней стороне аналогичного фланцу обода. Выступ может быть сформирован за счет выпуклости, например такой, которая получается в результате операции глубокой вытяжки корпуса сменного контейнера во время его производства.

Согласно специфическому способу сменного контейнера, контейнер содержит корпус в виде чашки с расширением боковых стенок в направлении мембраны. Расширение боковой стенки способствует прохождению потока жидкости при центрифугировании в направлении выходных отверстий сменного контейнера. В предпочтительном способе расширение боковой стенки формирует угол между 50 и 80 градусами, более предпочтительно, около 60±5 градусов относительно плоскости мембраны. Предпочтительно, боковая стенка формирует ствол конуса.

В другом аспекте устройство содержит инжектор для воды, скомпонованный для введения жидкости в сменный контейнер. В частности, инжектор для воды может быть пустотелой иглой. Инжектор для воды, предпочтительно, расположен вдоль центральной линии вращения сменного контейнера. В такой конфигурации мембрана сменного контейнера может быть перфорирована с помощью инжектора для воды, для того чтобы ввести часть инжектора и впрыснуть жидкость в сменный контейнер.

Сменный контейнер может содержать продукт, который является экстрагируемым или растворимым в жидкости, например молотый кофе, или растворимый продукт, например молочный порошок. В частности, продукт может быть выбран из следующего списка: молотый кофе, растворимый кофе, шоколад, порошок какао, листовой чай, растворимый чай, травяной чай, молочный порошок/забеливатель, пищевая смесь (например, формула для детского питания), обезвоженный фрукт или растение, кулинарный порошок и его комбинации.

Изобретение также может содержать взятое независимо устройство, но с вышеописанными характеристиками.

Изобретение также относится к устройству для приготовления жидкой пищи, которое готовит жидкую пищу из пищевого продукта, содержащегося в сменном контейнере, который может вставляться в устройство и удаляться из него, причем приготовление продукта производится при прохождении воды через продукт в сменном контейнере, при этом вышеуказанное устройство содержит головку для впрыскивания воды, позволяющую впрыскивать воду в сменный контейнер, и держатель сменного контейнера для удерживания сменного контейнера в устройстве, средства для приведения сменного контейнера в центробежное вращение, перфорирующие средства, которые расположены относительно сменного контейнера в устройстве таким образом, чтобы открывать выходные отверстия на периферии сменного контейнера, причем вышеуказанные перфорирующие средства содержат перфорирующие элементы различной высоты.

Решение проблемы, осуществляемое настоящим устройством, по существу, состоит в том, чтобы позволить перфорирование сменного контейнера, например его мембраны, с помощью достаточного количества отдельных отверстий, обеспечивающих достаточный расход потока жидкости или напитка, выходящих из сменного контейнера, в то же время уменьшая усилие для перфорации. Действительно, проблема состоит в том, что слишком большое количество перфорирующих элементов обеспечивают эффект «факир», приводящий к тому, что слишком трудно закрыть головку против сменного контейнера. В результате сменный контейнер, например верхняя часть мембраны, неправильно перфорируется. За счет обеспечения перфорирующих элементов различной высоты сменный контейнер перфорируется последовательно и соответственно уменьшается закрывающая сила.

Если более точно, то перфорирующие элементы имеют, по меньшей мере, два различных размера высоты.

Перфорирующие средства, предпочтительно, содержат первую матрицу первых перфорирующих элементов и вторую матрицу вторых перфорирующих элементов. Первая и вторая матрицы способствуют обеспечению достаточного открывания в сменном контейнере, способного обеспечить высокий расход потока напитка, например около 5 мл в секунду или более.

Первая матрица перфорирующих элементов и вторая матрица перфорирующих элементов имеют смещение по отношению друг к другу в радиальном направлении. И в этом случае такое особое распределение способствует выходу потока напитка из сменного контейнера в процессе центрифугирования.

В предпочтительном способе первый и второй перфорирующие элементы выступают из верхней поверхности вращающейся части головки в периферийной области вышеуказанной части. Кроме того, вращающаяся часть предпочтительно, выполнена из самой дальней внутренней части и второй, самой дальней внешней части, при этом вышеуказанная самая внутренняя часть содержит перфорирующие средства, а самая дальняя внешняя часть содержит кольцевое нагруженное пружиной запорное кольцо. Преимущество такой компоновки заключается в том, что силы для перфорирования становятся независимыми от ограничивающих сил, создаваемых ниже по ходу относительно сменного контейнера. В результате создаваемое устройством клапана ограничение лучше управляется и не нарушается закрывающими силами перфорирующих средств, воздействующих на сменный контейнер. Кроме того, перфорирующие средства остаются на месте, независимо от положения (например, открытого или закрытого) устройства клапана во время центробежной операции заваривания.

В целом, перфорирующие элементы также могут быть усеченными конусами или пирамидами.

Перфорирующие элементы также могут иметь многогранное основание, такое как пятиугольное, шестиугольное или восьмиугольное. Перфорирующий элемент также может иметь крестообразную форму для выполнения перфорирования.

Чтобы облегчить перфорацию сменного контейнера, перфорирующий элемент может формировать асимметричный профиль, при этом его режущие кромки формируют угол или линию, кривизна которой не является одинаковой, по меньшей мере, на одной поверхности элемента.

Кроме того, по причине безопасности перфорирующие элементы могут быть убираемыми в головку для впрыскивания, чтобы они были скрыты защитной стенкой, когда головка открыта.

Дополнительные признаки изобретения будут более понятны из подробного описания, описание фигур которого имеет следующее содержание:

Фиг.1 является видом в перспективе с обзором верхней части герметизированного сменного контейнера системы согласно изобретению;

Фиг.2 является видом в перспективе с обзором нижней части сменного контейнера, показанного на фиг.1;

Фиг.3 является видом в перспективе устройства для производства напитков настоящего изобретения;

Фиг.4 является видом с поперечным сечением устройства для производства напитков с расположенным внутри сменным контейнером;

Фиг.5 является детализированным видом с поперечным сечением чертежа, показанного на фиг.4;

Фиг.6 является детализированным видом снизу фрагмента устройства для производства напитков;

Фиг.7 является видом в перспективе системы производства напитков изобретения, включающей в себя вариант сменного контейнера;

Фиг.8 является увеличенным видом системы производства напитков, показанной на фиг.7;

Фиг.9 является видом снизу вращающейся части устройства для производства напитков, показанного на фиг.7 и 8;

Фиг.10 является детализированным видом фрагмента, показанного на фиг.9;

Фиг.11 является возможным вариантом покрывающей части устройства, показывающим различную конструкцию перфорирующих элементов;

Фиг.12 иллюстрирует перфорацию мембраны перфорирующим элементом, показанным на фиг.11;

Фиг.13 иллюстрирует вращающуюся часть устройства для производства напитков согласно второму варианту, показывая другую конструкцию перфорирующих элементов;

Фиг.14 иллюстрирует детализированный вид фрагмента, показанного на фиг.13;

Фиг.15 иллюстрирует увеличенный вид фиг.14.

Как показано на фиг.1 и 2, предпочтительный одноразовый сменный контейнер 1 содержит корпус 2 в форме чаши, на котором герметично устанавливается перфорируемая мембрана 3. Мембрана 3 герметизируется на периферийном ободе 4 корпуса на кольцевом уплотнительном участке 5. Обод 4 может выступать наружу, формируя маленький кольцевой уплотнительный участок в диапазоне около 2-5 мм. Корпус в форме чаши содержит нижнюю стенку 6 и боковую стенку 7, которые, предпочтительно, расширяются в направлении большого открытого конца корпуса, противоположного нижней стенке. Корпус в форме чаши, предпочтительно, является жестким или полужестким. Он может быть образован из пластика, относящегося к классу пищевых пластиков, например полипропилена, со слоем газового барьера, таким как EVOH и подобного ему, или алюминиевого сплава, или может быть из ламинированного материала из пластика и алюминиевого сплава. Мембрана 3 может быть выполнена из более тонкого материала, такого как пластиковая пленка, также включающая в себя газовый барьер, или алюминиевого сплава, или может быть комбинацией из пластика и алюминиевого сплава. Толщина мембраны обычно находится, например, в диапазоне между 20 и 250 мкм. Уплотнительный элемент из фольги перфорируется для создания впускного отверстия для воды и выпускного отверстия (отверстий) для напитка, как будет позднее раскрыто в описании.

Предпочтительно, чтобы сменный контейнер формировался с симметрией вращения вокруг центральной оси А. Однако следует заметить, что сменный контейнер необязательно может иметь круговую секцию вокруг оси А, но может также принимать другую форму, такую как квадрат, прямоугольник или форму другого многоугольника.

Далее будет описан первый вариант осуществления изобретения системы, включающей в себя сменный контейнер и устройство приготовления напитка, проиллюстрированные на фиг. с 3 по 6.

Система содержит сменный контейнер 1, как упоминалось выше, и устройство 23 приготовления напитка. Устройство имеет модуль 24, в который может вставляться сменный контейнер. Сменный контейнер содержит пищевой продукт для заваривания, при этом сменный контейнер удаляется из модуля после использования и в дальнейшем выбрасывается (например, как отходы или подвергается повторной обработке для органических или неорганических сырьевых материалов). Модуль 24 имеет соединительный канал для жидкости с источником водоснабжения, таким как резервуар 25 для воды. Средства подачи жидкости, такие как насос 26, расположены в контуре 27 для жидкости между модулем и источником водоснабжения. Для нагрева воды дополнительно используется водонагреватель 28 в контуре для жидкости перед входом воды в модуль. Водонагреватель может быть вставлен в контур для жидкости, чтобы нагревать пресную воду, приходящую из резервуара. Альтернативно, водонагреватель может быть сам помещен в резервуар для воды, который в таком случае становится баком для кипячения воды. Конечно, вода также может быть взята непосредственно из бытового источника воды, через соединение с водоразборным краном. Устройство может дополнительно содержать контрольные средства и средства активации для активизации способа приготовления напитка (не показаны).

Вода может подаваться в модуль 24 при низком давлении, или даже при давлении, создаваемом за счет силы тяжести. Например, давление между 0 и 2 бар выше атмосферного давления может предусматриваться в модуле на впускном отверстии для воды. Вода при более высоком давлении, превышающем давление 2 бар, также может подаваться в том случае, если в качества нагнетательного насоса используется поршневой насос.

Модуль 24 для заваривания может содержать два главных сборочных подэлемента 29, 30, заключающих в себя сменный контейнер; главным образом, содержащие подэлемент для впрыскивания воды или головку для впрыскивания воды, и сборочный подэлемент для приема жидкости, включающий в себя держатель сменного контейнера. Два сборочных подэлемента образуют позиционирующие и центрирующие средства для установки сменного контейнера в эталонное положение для вращения в устройстве. Два сборочных подэлемента закрываются вместе таким образом, чтобы заключать в себе сменный контейнер, например, с помощью системы 31 соединения штифтового типа или любых других подходящих запирающих средств, таких как запирающие средства с зажимным принципом работы. Сборочный подэлемент 30 для приема жидкости содержит трубку 32 для жидкости, например, выступающую на стороне сборочного подэлемента для направления центрифугированной жидкости, выходящей из сменного контейнера, чтобы обслужить приемную емкость, такую как чашка или стакан. Трубка для жидкости соединена с приемником 33 для жидкости, формирующим кольцевую секцию U-образной или V-образной формы, окружающую держатель сменного контейнера, сформированный с помощью вращающегося барабана 34, в который вставляется сменный контейнер, как показано на фиг.4. Приемник 33 для жидкости определяет коллекторную полость 63 для сбора жидкости, как будет объясняться позже в данном описании. Ниже сборочного подэлемента 30 для приема жидкости размещаются средства для приведения сменного контейнера, помещаемого в приемный барабан 34, во вращательное движение внутри сборочного подэлемента.

Средства для приведение во вращение контейнера, предпочтительно, содержат двигатель 40 вращения, который может запитываться от электроэнергии или от энергии газа.

Сборочный подэлемент для впрыскивания воды содержит сторону впуска воды, содержащую впускное отверстие 35 для воды, связанное выше по ходу движения воды с замкнутым жидкостным контуром 27 для потока воды.

Вращающийся барабан 34 имеет форму как пустотелый держатель сменного контейнера с внутренней полостью 36, которой дополнительно придается такая форма, чтобы она могла принимать сменный контейнер. Вращающийся барабан 34 продолжается в осевом направлении за счет вала 37 вращения, который поддерживается с возможностью вращения относительно внешнего основания 38 приемника 33 для жидкости с помощью направляющих средств 39 вращения, подобных шариковому подшипнику или игольчатому подшипнику. Поэтому вращающийся барабан спроектирован таким образом, чтобы вращаться вокруг центральной оси I, в то время как внешнее основание 38 приемника фиксируется относительно устройства. Механическая соединительная муфта может быть размещена в месте сопряжения между вращающимся валом 37 барабана и валом 42 двигателя 40.

Что касается сборочного подэлемента 29 для впрыскивания воды, то он содержит расположенный по центру инжектор 45 для воды, который фиксируется относительно оси I устройства. Инжектор для воды содержит центральный трубчатый элемент 46 для доставки воды от впускного отверстия 35 к выпускному отверстию 47, при этом предполагается, что он проходит таким образом, чтобы выступать во внутреннюю часть оболочки 14 сменного контейнера. Центральный трубчатый элемент удлиняется за счет полой иглы 90 для проникновения в сменный контейнер и впрыскивания в него жидкости. Для этого выпускное отверстие для воды объединено с прокалывающими средствами, такими как острый трубчатый наконечник 48, который прокалывает отверстие при прохождении через мембранную крышку 3 сменного контейнера.

Вокруг инжектора для воды устанавливается вращающаяся входящая в контакт часть или покрывающая часть 49. Входящая в контакт часть 49 имеет центральное отверстие, через которое можно вставить инжектор для воды, и вращающиеся направляющие средства, такие как шариковый или игольчатый подшипник 50, вставленные между частью 49 и инжектором 45. Уплотняющие средства 89 располагаются между шариковым подшипником 50 и иглой 90 для впрыскивания, чтобы предотвратить проникновение жидкости из сменного контейнера внутрь подшипника.

Сборочный подэлемент 29, входящий в контакт со сменным контейнером, может дополнительно содержать трубчатый участок нижнего звена 62, который проходит во внутреннюю кольцевую камеру 63 сборочного подэлемента 30 для приема жидкости, когда два сборочных подэлемента закрываются один относительно другого вокруг сменного контейнера. Этот трубчатый участок нижнего звена 62 формирует отражательную стенку для центрифугированной жидкости, которая выходит из сменного контейнера в процессе центрифугирования. Этот участок 62, предпочтительно, фиксируется на сборочном подэлементе 29. Сборочный подэлемент дополнительно содержит участок 64 для манипулирования, позволяющий облегчить присоединение к сборочному подэлементу 30 для приема жидкости. Этот участок 64 для манипулирования может иметь рифленую периферийную поверхность для удобства ручного манипулирования. Участок для манипулирования может крепиться на фиксированном основании сборочного подэлемента 29 с помощью винтов 67.

Этот участок, конечно, может быть заменен на рычажный механизм или подобные средства для манипулирования.

Согласно аспекту изобретения, вращающаяся входящая в контакт часть содержит перфорирующие элементы 53, расположенные в ее периферийной области. Перфорирующие элементы размещаются для перфорирования мембраны 3 сменного контейнера в периферийной области, более точно, в кольцевой периферийной области верхней мембраны 3 сменного контейнера. Если более точно, то перфорирующие элементы формируются в виде острых выступов, выступающих из нижней поверхности входящей в контакт части. Предпочтительно, чтобы мембрана перфорировалась в тот момент, когда сборочный подэлемент 29 для впрыскивания воды перемещается относительно сменного контейнера, и когда сменный контейнер находится на месте в барабане 34 нижнего сборочного подэлемента 30, во время закрытия устройства, т.е. два сборочных подэлемента 29 и 30 находятся вокруг сменного контейнера.

Перфорирующие элементы, предпочтительно, распределяются вдоль круговой дорожки части. В предпочтительном способе перфорирующие элементы 53 являются сплошными (т.е. не пересекается каналом для подачи жидкости) на их верхушке.

Клапанное устройство 51 может быть обеспечено в системе на пути потока центрифугированной жидкости ниже по ходу относительно перфорирующих элементов. Клапанное устройство может быть любым подходящим клапаном, обеспечивающим открывание или увеличение потока жидкости, когда достигается заданное пороговое значение давления. Клапанное устройство калибруется таким образом, чтобы открываться при заданном давлении. Например, давление открывания составляет около 1.5-4 бар, предпочтительное давление составляет около 2 бар.

Клапанное устройство может принимать различные формы, такие как герметизирующее кольцо 52, нагруженное пружинами, как показано на фиг.5 и 6, или эластомерный клапан, например силиконовая перегородка. В предпочтительном способе, как проиллюстрировано на фиг., клапанное устройство содержит выступающую часть 52 в форме кольца, которая является составной частью вращающейся входящей в контакт покрывающей части 49. Выступающая часть проходит как круговое кольцо на периферии покрывающей части 49. Выступающая часть обеспечивает прижимающее усилие на аналогичный фланцу обод 4 сменного контейнера за счет системы 70 создания нагрузки, содержащей нагруженный пружиной элемент 71. Элемент 71, нагруженный пружиной, прикладывает упругую нагрузку на вращающуюся покрывающую пластину 49. Нагрузка первоначально распределяется на верхушку кольцеобразного выступа 52, воздействуя на аналогичный фланцу обод 4 сменного контейнера и создавая закрывающее усилие. Поэтому клапан, находясь в нормальном состоянии, закрывает проток для центрифугированной жидкости до тех пор, пока достаточное давление не воздействует на выступающую часть с помощью центрифугированной жидкости, выходящей через отверстия, создаваемые перфорирующими элементами. Таким образом, жидкость протекает между мембраной 3 и верхней поверхностью 54 вращающейся покрывающей части 49 и заставляет открыться клапан 52, толкая всю покрывающую часть по направлению вверх, против силы, создаваемой элементом 71 с нагруженной пружиной. Таким образом, центрифугированная жидкость может быть вытолкнута с высокой скоростью на отражательную поверхность 62.

Нагрузка, генерируемая системой 70, может быть выполнена регулируемой, как проиллюстрировано на фиг.4, для управления давлением открывания клапанного устройства. В частности, система 70 может содержать основание 55, в которое устанавливается первый конец элемента 71 с нагруженной пружиной. На противоположном конце элемент 71 с нагруженной пружиной фиксируется, стыкуемый элемент 56 дополнительно присоединяется к винтовому элементу 57. Основание 55, элемент 71 и стыкуемый элемент 56 помещаются в трубчатый каркас 58. Винтовой элемент 57 и трубчатый каркас 58 вместе формируют приводное устройство 72, содержащее дополнительную резьбу 73, позволяющую выполнить тонкую регулировку сжимающего усилия элемента 71 с нагруженной пружиной на входящую в контакт часть 49.

Следует заметить, что упругие средства для действия нагрузки на клапанное устройство могут быть спроектированы по-иному. Например, упругие средства, такие как пружина или резиновый упругий элемент, могут быть непосредственно объединены с кольцеобразным выступом клапанного устройства. В другом способе сама выступающая часть является эластичной и может быть помещена, например зажата или запаяна, в периферической кольцеобразной нише части 49, чтобы сформировать клапанное устройство, действующее на сменный контейнер.

Фиг.6 иллюстрирует возможную конструкцию для перфорирующих выступов 53, выступающих из покрывающей части 49 устройства для производства напитков. Конструкция перфорирующих выступов такова, что они перфорируют отверстие в мембране, которое имеет большее поперечное сечение, чем сечение входящего в контакт перфорирующего элемента. В результате это гарантирует, что отверстие определяется для жидкости таким образом, что она должна выйти из сменного контейнера, когда элемент находится в контакте с мембраной. В этой конкретной конфигурации перфорирующий элемент формирует несколько режущих поверхностей 74, 75, 76, 77, 78, формируя трехмерный многоугольник с двумя вершинами 82 и 83. По меньшей мере, несколько поверхностей, в частности поверхности 77, 78 являются такими, что они формируют вогнутую линию в поперечном сечении многоугольника. В проиллюстрированном примере поверхности 77, 78 формируют треугольные выемки, направленные внутрь многоугольника, как определено треугольным основанием 80 элемента. Конечно, поверхности 77, 78 могли бы соединяться вместе или с другими поверхностями 74-76 без формирования отчетливой краевой линии, но скорее с формированием постоянно закругленной поверхности. Например, поверхности 77, 78 могут формировать единую закругленную вогнутую поверхность. В зависимости от материала мембраны мембрана имеет тенденцию деформироваться против поверхностей перфорирующего элемента для закрывания в большей или меньшей степени перфорированных отверстий.

Большее отверстие, особенно то, которое создано в мембране поверхностями 77, 78, позволяет газу выходить из сменного контейнера, когда сменный контейнер заполняется жидкостью, т.е. горячей водой, с помощью инжектора. Поэтому форма перфорирующего элемента также принимает участие в процессе заливки системы во время начала центрифугирования. Поскольку мембрана является достаточно гибкой, чтобы соответствовать поверхностям перфорирующего элемента, то такие твердые частицы, как частицы кофе, могут, по существу, удерживаться внутри сменного контейнера 1. Поэтому форма и размеры режущих поверхностей 74-78 перфорирующего элемента, так же как и выбор мембраны для сменного контейнера, могут быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить оптимальный компромисс относительно ограничения потока, удерживания частиц и эффекта удаления газа. В частности, алюминий или сплав алюминия для мембраны обеспечивают замечательные результаты, поскольку она разрывается относительно воспроизводимым образом. Однако мембрана также могла бы быть полимером (полимерами) или комбинацией из алюминия или его сплавов и полимера (полимеров). Мембрана, предпочтительно, является относительно тонкой, для того чтобы облегчить надежную перфорацию в устройстве, в частности, с мембранами, выполненными из мягкого полимера (полимеров), а также для того, чтобы обеспечить эффекты относительного ограничения и удерживания. Более предпочтительно, чтобы мембрана имела толщину менее чем 1 мм, более предпочтительно, менее чем 200 микрон.

Фиг. с 7 по 10 относятся к другому возможному варианту осуществления системы производства напитков настоящего изобретения. Ради простоты и чтобы избежать повторений, одинаковые цифровые ссылки, относящиеся к предыдущему варианту осуществления изобретения, используются для обозначения одинаковых технических средств. Существенная разница состоит в том, специфическая конфигурация клапанного устройства 51 располагается ниже по ходу относительно прокалывающих элементов 53. Клапанное устройство содержит участок 8 для введения в контакт сменного контейнера, который выступает из аналогичного фланцу обода 4 сменного контейнера. Этот участок для введения в контакт формирует выступающую часть, которая выступает по направлению вверх из практически плоской поверхности 91 обода. Участок 8 может быть сформирован как целая часть с аналогичным фланцу ободом. В таком случае корпус 2 сменного контейнера, включающий в себя аналогичный фланцу обод, выполнен из пластиков и/или алюминия. На противоположной стороне клапанное устройство содержит входящую в контакт поверхность 83 вращающейся покрывающей части 49. Входящая в контакт поверхность может содержать различные формы в зависимости от специфической формы выступающей части 8. В предпочтительном способе входящая в контакт поверхность 83 является, по существу, плоской поверхностью, такой как кольцевая плоская поверхность. Входящая в контакт поверхность может быть сформирована как кольцевой углубленный участок поверхности на периферии более низкой поверхности 54 покрывающей части 49, таким образом позволяя обеспечить, чтобы основание перфорирующих элементов было ниже, чем основание выступов.

Следует заметить, что входящая в контакт поверхность 83 может принимать множество различных форм, отличающихся от плоской формы, например может быть вогнутой или выпуклой.

Как показано на фиг.9 и 10, нижняя поверхность 54 покрывающей части 49 содержит последовательность перфорирующих элементов или выступов 53, как описывалось ранее, распределенных в виде круговой модели по периферийной области поверхности. Каждый перфорирующий элемент 53 будет производить перфорацию верхней мембраны сменного контейнера и, следовательно, канал для прохождения центрифугированной жидкости при освобождении жидкостью сменного контейнера, приведенного во вращение. Количество перфорирующих элементов может быть изменено при удалении покрывающей пластины и замены ее на пластину, имеющую большее количество перфорирующих элементов. Предпочтительно, чтобы поверхность могла содержать средства 84 для направления жидкости по определенному каналу, сформированные последовательностью каналов 85, обеспеченных в поверхности 54, чтобы гарантировать, что между мембраной и покрывающей частью, а также между перфорирующими элементами и клапанным устройством остается контролируемый зазор для течения жидкости. Каналы 85 могут быть сформированы с помощью рельефных элементов 86, 87, формирующих средства для создания интервалов. Например, последовательность рельефных элементов 87 может быть обеспечена между перфорирующими элементами, чтобы гарантировать, что мембрана не разрушится между перфорирующими элементами, которые в этом случае вызовут блокирование потока жидкости. Кроме того, другая последовательность рельефных элементов 86 может быть размещена в канале потока между перфорирующими элементами 53 и клапанными средствами, чтобы дополнительно гарантировать наличие каналов между поверхностью 54 и аналогичным фланцу ободом 4 сменного контейнера таким образом, что поток жидкости надлежащим образом проводится по каналам в направлении клапанного устройства. Следует заметить, что средства для создания интервалов, например последовательность дискретных рельефных элементов, поддерживающих зазор для потока, могли бы быть сформированы на аналогичном фланцу ободе сменного контейнера. Например, аналогичный фланцу обод сменного контейнера может содержать последовательность маленьких расположенных концентрически выступающих частей, распределенных внутри относительно кольцеобразного выступа 81 (не показано).

В другом способе изобретения кольцеобразный выступ 81 на поверхности сменного контейнера формируется с помощью элемента, который выполнен из материала, отличающегося от материала обода, аналогичного фланцу. Элемент может быть выполнен из упругого или неупругого материала. В частности, элемент может быть выполнен из пластика или может быть резиновым уплотнительным кольцом, которое осуществляет уплотнение на аналогичном фланцу ободе. Кольцо может быть, например, уплотнено с помощью нагревания, ультразвука, или может накладываться как жидкая среда, например, жидкая силиконовая резина (LSR), а затем ей дают затвердеть на ободе. Кольцеобразный выступающий элемент 81 также может быть присоединен к сменному контейнеру с помощью других средств, таких как клей, или с помощью зажимания в кольцевой канавке сменного контейнера.

Фиг.11 и 12 показывают вариант изобретения, в котором нижняя поверхность 54 покрывающей части 49 содержит пирамидальные выступы 53, формирующие перфорирующие элементы. Как и предыдущем варианте осуществления изобретения, средства для направления жидкости по определенному каналу обеспечиваются элементами 87, формирующими средства для создания интервалов, имеющими меньший размер, чем выступы 53, при этом каналы 85 формируются между выступами 56 и элементами 87 для создания интервалов. Элемент для создания интервалов имеет относительно плоскую верхнюю поверхность для поддержания мембраны на определенном расстоянии от нижней поверхности 54 и поэтому используется для предотвращения того, чтобы мембрана являлась помехой для потока напитка.

Каждый из выступов 53 содержит, например, три или более режущие поверхности, соединяющиеся на вершине 59. Следовательно, несколько краевых линий 60, 61, 62 обеспечиваются для разграничения режущих поверхностей. Когда мембрана перфорируется с помощью элемента 53, можно заметить, что разрывающиеся области 63, 65, 64 мембраны создаются таким образом, что формируют отверстия для потока напитка, выходящего из сменного контейнера. Мембрана может быть выбрана таким образом, чтобы гарантировать наилучшую повторяемость для размеров отверстий. В частности, алюминиевые мембраны имеют замечательные выборочные результаты, хотя полимерные мембраны не исключаются из объема изобретения.

Другой возможный тип устройства изобретения проиллюстрирован на фиг. с 13 по 15. Устройство для приготовления жидкой пищи содержит головку 29 для впрыскивания воды, которая используется для впрыскивания воды в сменный контейнер, и держатель сменного контейнера (как иллюстрировалось ранее) для удерживания сменного контейнера в устройстве. Для упрощения одинаковые ссылочные номера были использованы для обозначения одинаковых или эквивалентных технических средств, как было проиллюстрировано в предыдущих способах. Головка может содержать трубопровод 92 для впрыскивания воды, который используется для питания иглы 90 горячей или холодной водой, и трубопровод 91 для газовой вентиляции, позволяющий газу выходить из сменного контейнера, по мере того, как вода заполняет сменный контейнер.

В настоящем способе покрывающая часть 49 формируется из первой, находящейся в самой глубине части 49а для впрыскивания и перфорации и самой внешней клапанной части 49b. Клапанная часть способна перемещаться относительно части 49а для впрыскивания и перфорации, чтобы закрываться с использованием обода сменного контейнера (не показан) за счет контакта под давлением с кольцеобразным элементом 83. Этот кольцеобразный элемент может быть выполнен с различными профилями, такими как вогнутый, выпуклый, плоский профиль и т.д. Пружинный изгибающийся элемент 710 может быть размещен таким образом, чтобы обеспечивать упругость по отношению к участку клапана, когда размещается в контакте с ободом сменного контейнера. Элемент 710 может быть закреплен между частью 49а и верхней частью 49 с головки. Когда головка входит в контакт с верхней частью сменного контейнера, клапанный участок толкается в направлении назад и заставляет элемент 710 изгибаться, таким образом создавая обратное давление на клапанное устройство системы, которое зависит от усилия пружинного изгибающегося элемента.

Самая дальняя внутренняя часть 49а для впрыскивания содержит перфорирующие средства 53, сформированные на самой дальней внутренней матрице перфорирующих элементов 53а и самой дальней внешней матрице перфорирующих элементов 53b. Самые дальние внутренние перфорирующие элементы 53а имеют большее значение высоты h₁, чем самые дальние внешние перфорирующие элементы 53b, таким образом позволяя обеспечить более постепенную перфорацию мембраны 3 сменного контейнера, когда головка закрывается на сменном контейнере. Поэтому закрывающая сила может быть значительно уменьшена, что является преимуществом. Как дополнительный полезный результат может быть спроектировано большее количество перфорирующих элементов, которые обеспечивают следующие преимущества:

- размер перфорированных отверстий может быть уменьшен за счет проектирования более тонкого перфорирующего элемента, который таким образом обеспечивает более эффективную фильтрацию центрифугированной жидкости с меньшим количеством твердых остатков, которые имеют возможность утечки из сменного контейнера как во время перфорации, так и после удаления перфорирующих элементов,

- расход потока может быть увеличен по сравнению со случаем использования меньшего количества перфорирующих элементов.

Формой перфорирующих элементов 53а и 53b могут быть усеченная пирамида, как проиллюстрировано на фиг., или усеченный конус (не показано). Перфорирующие элементы также могут иметь многоугольное основание, такое как пятигранник, шестигранник или восьмигранник. Перфорирующий элемент также может иметь крестообразную перфорирующую форму.

Как и в предыдущих вариантах осуществления изобретения, поверхность 54 покрывающей части 49 содержит средства 84 для направления жидкости по определенному каналу, сформированные с помощью последовательности каналов 85 между рельефными элементами 87, чтобы облегчить направление центрифугированного потока F из системы в направлении отражающей стенки 62 (фиг.15). Рельефные элементы 87, предпочтительно, содержат плоскую пониженную поверхность, которая нажимает, например, в местоположении 95 на участок обода сменного контейнера, например на его участок уплотнения, чтобы надежно удерживать на месте сменный контейнер, когда открываются клапанные средства, т.е. кольцеобразный элемент 83 толкается в направлении вверх за счет давления потока F центрифугированной жидкости, выходящей из сменного контейнера.

Следует также заметить, что перфорирующие элементы могли бы убираться во время открывания впрыскивающей головки для предотвращения возможного контакта с пользователем, когда впрыскивающая головка находится в открытом положении перед вставлением сменного контейнера.